Las empresas del mercado actual buscan formas de hacer que sus sistemas sean más eficientes en términos de rendimiento y coste. Por ello, buscan formas de mejorar la eficiencia de sus sistemas y el motor eléctrico óptimo para integrarlo en su aplicación. Una pregunta habitual que surge en la búsqueda del motor eléctrico más adecuado es la elección entre un motor eléctrico de flujo radial o de flujo axial. En Magnetic Innovations creemos firmemente en la topología de los motores de imanes permanentes de flujo radial. En este artículo explicaremos por qué.
¿Qué es el flujo en un motor?
Empecemos aclarando qué significa la palabra "flujo". Se refiere al flujo magnético presente en los motores eléctricos y provocado por el campo magnético de los imanes permanentes. El flujo magnético se mide en la unidad tesla (T). Normalmente, el flujo magnético es impuesto por múltiples imanes permanentes. Estos imanes suelen ser de tierras raras, por lo que se denominan imanes permanentes de tierras raras. Pensando en la sostenibilidad, lo mejor es reducir al máximo el volumen del material magnético utilizado en los motores eléctricos.
¿Cuál es la diferencia entre un motor de flujo axial y uno de flujo radial?
La denominación "radial" o "axial" procede de la dirección en la que los imanes permanentes imponen el campo magnético. Cuando el flujo se impone en dirección radial, el motor se denomina motor de flujo radial. Cuando el flujo se impone en dirección axial, se denomina motor de flujo axial. Una diferencia crítica entre los motores de flujo radial y axial es la cantidad de material magnético permanente que se utiliza para un rendimiento determinado. Un motor de flujo axial suele tener una densidad de par mayor que un motor de flujo radial. Sin embargo, el motor de flujo axial suele utilizar mucho más material de imanes permanentes para obtener esta mayor densidad de par.
Otra diferencia importante entre el motor de flujo axial y el radial es la facilidad de fabricación y construcción. La construcción de un motor de flujo axial es compleja e implica retos difíciles de resolver utilizando métodos de producción y construcción verificados. El motor de imanes permanentes de flujo radial se beneficia de una construcción mucho más sencilla. Esto se traduce en una instalación más sencilla y un ahorro de costes en lo que se refiere a la construcción mecánica.
¿Cuáles son las ventajas de un motor de imanes permanentes de flujo radial?
Los motores de flujo radial tienen un volumen significativamente menor de imanes permanentes en comparación con los motores de flujo axial, por lo que son más sostenibles. También son más fáciles de instalar y más baratos. Los motores de flujo radial de Magnetic Innovations utilizan la topología de rotor exterior e incorporan una serie de optimizaciones que mejoran la eficiencia global.
Las trayectorias de flujo de los motores se mantienen cortas utilizando bobinados concentrados. Esto ayuda a mantener baja la resistencia del bobinado (=pérdidas). Una segunda ventaja es la relativa gran distancia/brazo entre el centro de rotación del motor y el entrehierro en el que se generan las fuerzas tangenciales. Que se traducen en el par motor. Cuanto mayor sea el brazo en el que se genera una determinada fuerza tangencial, mayor será el par motor resultante.
Trayectoria del flujo magnético de un motor de flujo axial (izquierda) frente a un motor de flujo radial (derecha)
Parámetros importantes a la hora de elegir un motor de imanes permanentes de flujo radial
Para aplicar con éxito un motor torque sin bastidor de flujo radial en su aplicación, es crucial comprender a fondo los requisitos. Si se utiliza correctamente, nuestro motor de flujo radial puede alcanzar eficiencias de hasta 94%. Los parámetros que hay que considerar cuidadosamente son:
- Requisitos de par y velocidad del motor.
- Curva de par a velocidad, donde se especifica el par necesario a distintas velocidades. Estos conjuntos de especificaciones también se conocen como puntos de trabajo.
- Las limitaciones térmicas de la aplicación y los medios de refrigeración seleccionados (aire/aire forzado o refrigeración por agua).
Utilizando los datos de par y velocidad, puede calcularse la potencia resultante para cada punto de trabajo utilizando P_(mech ) [W] = T [Nm] * ω [rad/s]. Por supuesto, esta ecuación también puede utilizarse para determinar el par necesario cuando se conocen la velocidad y la potencia para un punto de trabajo determinado.
Tabla de par/potencia/velocidad motor eléctrico
Motor de imanes permanentes de flujo radial con densidad de potencia y eliminación de calor
La densidad de potencia de los motores eléctricos de imanes permanentes es considerablemente superior a la de los motores de inducción de CA clásicos. Sin embargo, para obtener una densidad de potencia decente, es fundamental eliminar eficazmente el calor del interior del motor. Al considerar un motor de imanes permanentes de flujo radial, es importante tener en cuenta el ciclo de trabajo y la trayectoria térmica desde el estator hasta el entorno.
Si el calor generado por las bobinas no puede evacuarse al exterior por conducción, puede recurrirse al aire forzado (mediante un ventilador que empuja aire a través de los devanados del estator) o a una camisa de refrigeración por agua. La refrigeración por agua es la más adecuada para soportar altas cargas de calor y, por tanto, puede utilizarse mejor cuando se requieren altas densidades de potencia.
Selección de un accionamiento para un motor de imanes permanentes de flujo radial
Por último, pero no por ello menos importante: la selección del accionamiento del motor adecuado. Hay dos maneras de enfocar esta cuestión. Cuál de estos enfoques tiene más sentido depende de los puntos de trabajo requeridos (par y velocidad) de la aplicación. Puede elegir un accionamiento por:
- Selección del accionamiento en función de los parámetros del motor.
El motor necesita los rangos de tensión e intensidad correctos para soportar la velocidad (tensión) y el par (intensidad) máximos previstos para la aplicación. El accionamiento seleccionado debe adaptarse a esta tensión y corriente en todas las condiciones de la aplicación. También debe ser capaz de manejar la frecuencia eléctrica del motor, que depende de las RPM y de la cantidad de pares de polos utilizados en el motor. - Adaptación de los parámetros del motor al accionamiento.
El bobinado del motor puede seleccionarse para adaptarse a un accionamiento de motor disponible, pero existen limitaciones. El voltaje máximo está limitado por razones de seguridad, en Magnetic Innovations la mayoría de nuestros motores de imanes permanentes de flujo radial son adecuados para manejar sistemas trifásicos de 400 VRMS (con un bus máximo de 600 Vcc). Pero también funcionan en aplicaciones de baja tensión (bus de 24 Vcc). Esto incluye León u otras fuentes de alimentación por batería.
En conclusión
En este artículo hemos explicado las diferencias, incluidas las ventajas e inconvenientes, de los motores de flujo radial y axial. En Magnetic Innovations creemos que nuestro corredor exterior En comparación con los motores de flujo axial, los motores de flujo radial presentan bastantes ventajas en cuanto a construcción, facilidad de fabricación, contenido de materiales de tierras raras, coste y eficacia.
Cuando considere la integración de un motor de imanes permanentes de flujo radial en su aplicación, tenga en cuenta sus condiciones de trabajo, ya que éstas determinarán sus requisitos de par y velocidad, el principio de refrigeración y la elección del accionamiento. Los ingenieros que consigan marcar las casillas de todos estos parámetros se encontrarán en un camino sensato para obtener densidades de potencia y eficiencias impresionantes con nuestros motores torque de flujo radial sin bastidor.
Video motor eléctrico de flujo axial vs radial
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